¿Tienes sed? ¿Por qué no aprovechar el aire? Incluso en condiciones desérticas, existe cierto nivel de humedad que, con el material adecuado, se puede absorber y extraer para producir agua potable limpia. En los últimos años, los científicos han desarrollado una serie de materiales prometedores similares a esponjas para esta "captación de agua atmosférica".

Pero recuperar el agua de estos materiales generalmente requiere calor y tiempo. Los diseños existentes dependen del calor del sol para evaporar el agua de los materiales y condensarla en gotas. Pero este paso puede tardar horas o incluso días.

Ahora, los ingenieros del MIT han ideado una forma de recuperar rápidamente el agua de un material de captación de agua atmosférica. En lugar de esperar a que el sol evapore el agua, el equipo utiliza ondas ultrasónicas para extraerla

Los investigadores han desarrollado un dispositivo ultrasónico que vibra a alta frecuencia. Cuando se coloca un material de recolección de agua, conocido como "sorbente", sobre el dispositivo, este emite ondas ultrasónicas sintonizadas para expulsar las moléculas de agua del sorbente. El equipo descubrió que el dispositivo recupera agua en minutos, en comparación con las decenas de minutos u horas que requieren los diseños térmicos.

Ingenieros del MIT diseñan un sistema ultrasónico para "sacudir" el agua de un recolector de agua atmosférica. El nuevo diseño puede recuperar el agua capturada en minutos en lugar de horas.

A diferencia de los diseños basados ​​en calor, el dispositivo requiere una fuente de energía. El equipo prevé que el dispositivo podría alimentarse con una pequeña célula solar, que también podría actuar como sensor para detectar cuándo el sorbente está lleno. También podría programarse para encenderse automáticamente cuando un material haya recolectado suficiente humedad para ser extraída. De esta manera, un sistema podría absorber y sacudir el agua del aire durante muchos ciclos en un solo día

“La gente ha estado buscando formas de recolectar agua de la atmósfera, lo que podría ser una gran fuente de agua, particularmente para las regiones desérticas y los lugares donde ni siquiera hay agua salada para desalinizar”, dice Svetlana Boriskina, investigadora principal del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. “Ahora tenemos una forma de recuperar agua de manera rápida y eficiente”.

Boriskina y sus colegas informan sobre su nuevo dispositivo en un estudio que aparece hoy en la revista Nature Communications. La primera autora del estudio es Ikra Iftekhar Shuvo, estudiante de posgrado del MIT en artes y ciencias de los medios, junto con Carlos Díaz-Marín, Marvin Christen, Michael Lherbette y Christopher Liem.

Horas preciosas

El grupo de Boriskina en el MIT desarrolla materiales que interactúan con el medio ambiente de formas novedosas. Recientemente, su grupo exploró la captación atmosférica de agua (CAA) y las formas en que se pueden diseñar materiales para absorber eficientemente el agua del aire. La esperanza es que, si pueden funcionar de manera confiable, los sistemas de CAA serían de mayor beneficio para las comunidades donde las fuentes tradicionales de agua potable, e incluso de agua salada, son escasas.

Al igual que otros grupos, el laboratorio de Boriskina generalmente había asumido que un sistema de CAA en el campo absorbería la humedad durante la noche y luego usaría el calor del sol durante el día para evaporar naturalmente el agua y condensarla para su recolección.

“Cualquier material que sea muy bueno para capturar agua no quiere desprenderse de ella”, explica Boriskina. “Así que necesitas invertir mucha energía y horas valiosas en extraer el agua del material”.

Se dio cuenta de que podría haber una forma más rápida de recuperar agua después de que Ikra Shuvo se uniera a su grupo. Shuvo había estado trabajando con ultrasonido para aplicaciones de dispositivos médicos portátiles. Cuando él y Boriskina consideraron ideas para nuevos proyectos, se dieron cuenta de que el ultrasonido podría ser una forma de acelerar el paso de recuperación en la captación de agua atmosférica.

“Clavó la vista: tenemos este gran problema que estamos tratando de resolver, y ahora Ikra parecía tener una herramienta que se puede usar para resolver este problema”, recuerda Boriskina.

Danza del agua

El ultrasonido, u ondas ultrasónicas, son ondas de presión acústica que viajan a frecuencias de más de 20 kilohercios (20,000 ciclos por segundo). Estas ondas de alta frecuencia no son visibles ni audibles para los humanos. Y, como descubrió el equipo, el ultrasonido vibra a la frecuencia justa para extraer el agua de un material

“Con ultrasonido, podemos romper con precisión los enlaces débiles entre las moléculas de agua y los lugares donde se encuentran”, dice Shuvo. “Es como si el agua bailara con las olas, y esta perturbación dirigida crea un impulso que libera las moléculas de agua, y podemos verlas desprenderse en gotas”.

Shuvo y Boriskina diseñaron un nuevo actuador ultrasónico para recuperar agua de un material de recolección de agua atmosférica. El corazón del dispositivo es un anillo plano de cerámica que vibra cuando se le aplica voltaje. Este anillo está rodeado por un anillo exterior con pequeñas boquillas. Las gotas de agua que se desprenden de un material pueden caer a través de la boquilla y en recipientes de recolección conectados por encima y por debajo del anillo vibrante.

Probaron el dispositivo en un material de recolección de agua atmosférica diseñado previamente. Usando muestras del material del tamaño de una moneda de veinticinco centavos, el equipo primero colocó cada muestra en una cámara de humedad, configurada a varios niveles de humedad. Con el tiempo, las muestras absorbieron humedad y se saturaron. Luego, los investigadores colocaron cada muestra en el actuador ultrasónico y lo encendieron para que vibrara a frecuencias ultrasónicas. En todos los casos, el dispositivo pudo desprender suficiente agua para secar cada muestra en solo unos minutos.

Los investigadores calculan que, en comparación con el uso del calor del sol, el diseño ultrasónico es 45 veces más eficiente para extraer agua del mismo material

“La belleza de este dispositivo radica en que es completamente complementario y puede añadirse a casi cualquier material absorbente”, dice Boriskina, quien prevé que un sistema doméstico práctico podría consistir en un material de rápida absorción y un actuador ultrasónico, cada uno del tamaño aproximado de una ventana. Una vez que el material esté saturado, el actuador se encendería brevemente, alimentado por una célula solar, para sacudir el agua. El material estaría entonces listo para recolectar más agua, en múltiples ciclos a lo largo de un solo día.

“Se trata de cuánta agua se puede extraer por día”, dice. “Con ultrasonido, podemos recuperar agua rápidamente y repetir el ciclo una y otra vez. Eso puede sumar mucho por día”.

Este trabajo fue apoyado, en parte, por el Laboratorio de Sistemas de Agua y Alimentos Abdul Latif Jameel del MIT y el Fondo STEM Zuckerman del MIT-Israel.

Este trabajo se llevó a cabo en parte utilizando las instalaciones de MIT.nano e ISN en el MIT.

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